CN100474006C - 内置显示器的反射镜 - Google Patents

Abstract

一种反射镜装置(1)，可以被同时用于显示器目的，基于例如一个前面置有偏振反射镜(2)的LCD显示器(5)。通过在其非观察侧提供另外一个偏振反射镜(11)来提高这种反射镜显示器的反射率。通过在显示器的后部该反射偏振器的后面放置滤色镜(13)或彩色(顺序)背光(30)来防止显示器中的色彩吸收。

Description

内置显示器的反射镜

本发明涉及一种用于观察目的的偏振反射镜，该反射镜具有将第一偏振类型的光反射到观察侧的第一平面，该反射镜使第二偏振类型的光得以透过，并在其非观察侧装有一个显示器装置，该显示器装置在使用过程中提供第二偏振类型的光。本申请中“用于观察目的的反射镜”或“显示器反射镜”指的是一种反射镜，人眼(或人造眼如(红外)摄像机镜头)通过它看见外部世界的反射部分。作为实例，可以设想大型的反射镜，如浴室镜、试衣间的穿衣镜，甚至反射镜墙。其它的实例为中等尺寸的镜子，如用于卡车的外部反光镜或梳妆台的镜子。

所谓“具有反射第一偏振类型的光的第一平面”，意思是反射镜平面充当偏振平面。在使用中，入射到偏振平面上的特定光波长范围内的光将被分为两个分量，其中一个分量由这一偏振平面反射，另一个分量透过该偏振平面。一般最了解的是将光分为具有线偏振且偏振方向相互垂直的两个分量。另一方面，也可以将光分为右旋和左旋圆偏振光或椭圆偏振光。

在2002年3月18日提交的序列号为02076069.2以及2002年10月17日提交的序列号为02079306.3(＝PH NL 02.1038)的未决欧洲申请中，描述了上述类型的显示器反射镜。这一反射镜功能是通过在显示器装置前面引入偏振反射镜或反射偏振器而不是部分反射层来获得的。

在通常的实践中，将这种反射镜的反射率选为最佳值，也就是尽可能高。因此，优选应该反射几乎所有的光或尽可能多的光，以实现最佳功能。这种反射镜将第一偏振类型的光反射到观察侧，让第二偏振类型的光透过，并且在其非观察侧提供有一个显示器装置，该显示器装置在使用过程中提供该第二偏振类型的光。

该显示器装置在使用过程中发射或反射(偏振)光。

通过将第二偏振类型的光的偏振(方向)调节到由显示器发出的偏振光的偏振(方向)，可以获得几乎100％的透射因子，从而得到所显示信息相对于反射像的高对比度。

然而，特别是当反射镜的一部分被用作显示器时，反射镜功能在反射镜平面的其它(显示器)部分依然起作用。由此得到的反射将引起日光可见度和对比度的劣化。另一方面，当用作反射镜时，只有一个偏振分量被反射，因此反射率只有近似50％。理想情况下，在显示器模式下显示器反射镜应当100％透射，在反射镜模式下100％反射。

本发明的目的之一就是要通过提高这种反射镜显示器的反射率至少部分地解决这些问题。

为了这个目的，根据本发明的偏振反射镜在其非观察侧具有另外一个偏振反射镜。

在这种结构里，反射镜显示器的透射率再一次能在0和100％之间切换，而反射率则提高到大约62.5％(取决于由滤色镜产生的透射损失，假定它大约为16％)。因此对于反射状态能够提高反射率。

在一个优选实施例中，在显示器装置的电—光层和色彩生成装置之间提供所述另外一个偏振反射镜。这样，消除了滤色镜产生的透射损失，反射率提高到大约85％。此时滤色镜放置在这另外一个偏振反射镜后面。用其它的色彩生成装置如色序背光(color sequentialbacklight)可以得到类似的效果。

提出的显示器反射镜在显示器模式中仍然具有50％的反射率(对于白像素)，(对于黑像素)它甚至会提高到85％。为了抑制这一反射，所述偏振反射镜优选在其观察侧提供能够在两个光学状态之间切换的起偏装置。

在一个实施例中，所述偏振反射镜在其观察侧两个基底之间包括有染料的液晶层。

在另一个实施例中，所述偏振反射镜在其观察侧包括一个可切换的1/2λ延迟器和一个偏振器。在所述显示器装置和所述另外一个偏振反射镜之间使用这种可切换偏振器也有利于进一步抑制反射。

参照下文描述的实施例，将详细阐述本发明的这些和其它方面。

在附图中：

图1是根据本发明的反射镜装置的一个可能实施例；

图2是这种反射镜装置的一部分的截面图；

图3是根据本发明的一个反射镜装置的一部分的截面图；

图4是根据本发明的另一个反射镜装置的一部分的截面图；

图5和图6示出根据本发明的更多装置的截面图；以及

图7是根据本发明的另一个反射镜装置的一部分的截面图。

附图是示意性的，并且未按比例绘制。相应的元件通常用相同的标号表示。

图1示出用于观察目的的一个反射镜装置1，该反射镜装置在玻璃板或任何其它基底4上有一个用于反射光的反射镜2，因此一个人3能够看到他的像3’(和其它背景，未示出)。根据本发明，该反射镜(平面)只反射第一偏振(方向)类型的光，而使第二偏振(方向)类型的光透过。此外，该反射镜在其非观察侧提供有一个显示器装置5(同时参考图2)。

本实例中显示器装置5为液晶显示器装置，该液晶显示器装置在两个基底(玻璃或塑料或任何其它适当的材料)之间有液晶材料6。由于大多数液晶显示器装置是基于偏振效应的，因此显示器5在使用中主要发出偏振光。通常，来自背光10的光受到这一液晶显示器效应的调制。由于液晶显示器装置是基于偏振效应的，因此显示器5包括第一偏振器8和透过特定偏振(方向)的光的第二偏振器(或检偏器)9。

该具有特定偏振的光具有与第二偏振(方向)类型相同的(线)偏振方向，因此，该特定偏振的光没有任何光损失(100％透射)地透过反射镜(平面)2。

由于大多数液晶显示器装置是基于线偏振光的调制的，因此采用了线偏振器8和9，并且反射镜2也是一个线偏振选择镜，如，一叠电介质层，其中每层都具有四分之一选定波长(或光谱平均值)的光学厚度，而各层具有选定折射率。另一种可能是采用所谓的线栅偏振器(wire-grid polarizer)(细导线栅)，对于一种偏振它能透射，对于垂直的偏振能够反射。

如果反射镜和显示器装置能够相对于基本上垂直于第一平面的轴彼此相对旋转，那么显示器发出的偏振光的透射因子就是可变的，这是因为该透射因子取决于调制光的偏振(方向)和能够透过反射镜2的光的偏振轴之间的夹角。这样，如果需要，仅仅通过旋转反射镜，就可以让显示器产生的像变暗或者将它完全关掉。

另一方面，在特定应用中，使得如(O)LED或其它显示器发出的光起偏，以获得显示信息相对于反射镜应用中的反射像具有高对比度的效应，可能更加具有吸引力。

图3示出根据本发明的反射镜的一部分，其中采用了液晶显示器装置5，在非观察侧显示器装置5和背光10之间包括另外一个偏振反射镜11。

入射光20在反射镜2上部分(一种偏振方向，在这个实例中用(点)20’表示)反射(箭头21)。如果显示器装置5，本实例中的液晶显示器，为“关”(图3a)或“非激活”，剩余部分(另一种偏振方向，在这个实例中用(双箭头)20”表示)透过充当可切换半波片的所述显示器装置5，改变其偏振方向(用点20”’表示)，并且所述剩余部分在线偏振反射镜11上被反射。反射后，具有偏振方向20”’的反射光透过显示器装置5(再次改变其偏振方向(用双箭头20”表示))并且再次透过线偏振选择镜2(箭头22)。为了充当可切换半波片，在相互垂直的偏振器之间选用扭转向列液晶显示器装置(作为一个实例)。其它的可能是基于电控/补偿双折射(ECB，OCB)、铁电效应或平面开关(IPS)的装置。

由此，原则上几乎所有的入射光都被反射。然而，实际上会发生光损失，特别是在彩色显示器中，因为滤色片的偏振光透射率约为25％，因此，剩余部分的大约10～15％(用20”表示的另一偏振方向)最终被反射，导致大约60～65％的总反射率(箭头22、22’的组合反射)。该60～65％的总反射率没有考虑显示器或中间层中的额外光损失。

在显示器模式中，本实例中的显示器装置5直接或者通过使光透过偏振器(未示出)来发射第二偏振方向(用(双箭头)15”表示)的线偏振光。在此情形下，具有偏振方向15”的偏振光由背光10(箭头16)产生，并透过线偏振反射镜11(箭头16’)，且不改变其偏振方向(用双箭头15”表示)。由背光10产生的另一偏振方向的光(用(点)15’表示)被线偏振反射镜11反射，而不改变其偏振方向(用箭头15’、箭头17表示)。依赖于背光的类型(例如使用胆甾醇反射镜时)，该反射光的至少一部分在所述背光中被反射，同时再次改变其偏振方向，并发射偏振方向为15”的光。

偏振方向为15”(箭头16’)的偏振光透过显示器5。如果图形元素(像素)为“开”或“激活”，基本上没有光被吸收，偏振方向15”被保持；具有该偏振方向15”的光透过线偏振选择镜2，基本上没有光损失，导致基本上100％的透射因子。

另一方面，外界光(箭头25)被线偏振选择镜2部分反射(一种偏振方向，在这个实例中用(点)20’表示)。剩余部分(另一种偏振方向，在这个实例中用(双箭头)20”表示)透过所述显示器装置5并且此时保持其偏振方向，也透过线偏振反射镜11。其中的一部分再次损失在滤色片中，这也适用于背光反射的光，导致对反射的可忽略的贡献。因此，当图形元素(像素)为“开”或“激活”时，能够得到大约50％的反射。

当图形元素(像素)为“关”(图3b)或“非激活”时，偏振方向为15”(用双箭头15”表示)的光透过线偏振反射镜11(箭头16’)，不改变其偏振方向。透过显示器装置5之后它的偏振方向被旋转，用(点)15’(箭头18)表示，且偏振反射镜2反射该光，而不改变其偏振方向(用(点)15’、箭头19表示)。反射后，光再次透过所述显示器装置5并且此时旋转其偏振方向，并且透过线偏振反射镜11，(这个实例中)在背光中去偏振。外界光(箭头25)被线偏振选择镜2部分反射，并且对于“关”的像素表现出与参照图3a所述类似的行为，导致大约60～65％的总反射率。

因此，在“开”或“激活”状态和“关”或“非激活”状态中，最大反射都低于最大透射并且依赖于图形元素的状态。更高的反射可以通过采用反射大部分光谱，只透过一个窄光谱带的滤色片来获得。红色子像素滤色片(a red subpixel color filter)使得来自背光的一个窄的红色光谱带透过到达观察者，并且将其余的光谱反射回背光。类似地，该滤光片将除一小部分红色光谱以外的大部分入射光反射回观察者。这可以通过采用具有窄光谱源(具有最大20nm的带宽)如激光二极管或LED的准直背光来获得。对于耦合出来的光，这样的背光系统具有10°～20°的角度。

如上所述，由于偏振光通过滤色片的透射率只有大约25％，因此尤其是在彩色显示器中会出现光损失。采用图4的结构能够防止这种损失，其中，滤色片13安装在背面，置于线偏振反射镜11和背光10之间。由于在反射镜模式下(图4a)另一偏振方向(用20”表示)的偏振光部分通过显示器的透射率为大约60～80％，因此导致大约85％的总反射率(箭头22、22’的组合反射)。图4a中另外的标号具有同图3a中的标号相同的含义。类似的理由适用于图4b(显示器模式)的情形，其中，对于为“关”或“非激活”的图形元素(像素)也获得了大约85％的总反射率。

对于整个显示器或者它的一些部分，背光10也可能是扫描背光，在其中按顺序提供彩色光。在色序显示器中，液晶显示器装置中没有任何彩色子像素，因此没有任何吸收损失。色彩是通过按时间顺序例如从红色到绿色到蓝色切换背光来产生的。与背光同步，液晶显示器装置(没有滤色片子像素化(color filter subpixellation))将按时间顺序显示红色、绿色和蓝色子场(sub-fields)。现在显示器反射镜装置具有80～85％的高透射率，并且两个线反射偏振器2、11的应用将提高整个结构的反射率。对于这种结构来说，背光不必准直，因为色彩是由背光自身产生的，并且由LC层来调制透射。至于前面提出的结构，该结构在显示器模式下的“关”状态也将具有大约85％的反射率。优选情况下有必要利用快速切换LC效应，如OCB或FLC，以便看不到由色序背光产生的色彩中断。

在上述实施例中，对于图4中提出的方案(或类似的采用色序或扫描背光的实施例)，显示器模式对于白像素仍然具有50％的反射率，对于黑像素它甚至会增大到85％。为了抑制这一反射率，提出了采用可切换偏振器。可切换偏振器安装在显示器的前面，用来抑制显示器模式中来自反射镜的剩余反射。可切换偏振器可以由1/2λ延迟器和吸收偏振器或客主系统组成。关于这种可切换偏振器更详细的描述可以在2002年10月17日提交的序列号为02079306.3(＝PH NL02.1038)的未决欧洲申请中找到。

图5示出具有这种色序或扫描背光30和可切换偏振器31的实施例，其中可切换偏振器31由1/2λ延迟器(或开关)32和吸收偏振器33组成。在“反射镜模式”中，入射光20在吸收偏振器33中被部分吸收(一种偏振方向，在这个实例中用(点)20’表示)。剩余部分(另一种偏振方向，在这个实例中用(双箭头)20”表示)透过所述吸收偏振器33。可切换半波片32改变其偏振方向(用点20”’表示)，并且所述剩余部分在线偏振反射镜2上被反射。反射后，具有偏振方向20”’的反射光透过1/2λ延迟器(或开关)32，它(处于改变偏振方向的状态中)切换所述偏振方向，用(双箭头)20”表示，并且透过吸收偏振器33(箭头22)。通过这种方式，“反射镜模式”中只有50％的入射光20被反射。

然而，在显示器模式中，“关”像素中的反射被抑制到大约35％，“开”像素到0％。对于“显示器模式”中的“开”像素，入射光25在吸收偏振器33中被部分吸收(一种偏振方向，在这个实例中用(点)20’表示)。剩余部分(另一种偏振方向，在这个实例中用(双箭头)20”表示)透过1/2λ延迟器，此时它被切换到偏振被保持的状态，因为在线偏振反射镜2、显示器装置5和线偏振选择性反射镜11中偏振也被保持，导致基本上为零的反射。

对于“显示器模式”中的“关”像素(图5b)，入射光40在吸收偏振器33中被部分吸收(一种偏振方向，在这个实例中用(点)20’表示)。剩余部分(另一偏振方向，在这个实例中用(双箭头)20”表示)透过1/2λ延迟器，此时它被切换到偏振被保持的状态，因为在线偏振反射镜2中该偏振也被保持，但是在液晶显示器装置5中它改变其偏振方向(用20”’表示)，并且所述剩余部分在线偏振反射镜11上被反射，在所述线偏振选择性反射镜11上反射后(见箭头45’)保持其偏振方向(用点20”’表示)。该偏振在显示器装置中被再次改变，透过1/2λ延迟器(或开关)32(见箭头45’)和吸收偏振器33，不再改变偏振方向，所以最终的反射为大约35％(箭头45)。另外的可切换偏振器31不影响显示器的透射，因此对于显示器模式来说对比度提高了。

图6示出图5中提出的显示器反射镜，它采用可切换偏振器31，其由客主偏振器34和吸收偏振器33组成来抑制显示器模式中的反射。客主偏振器可以在透明状态和吸收一种偏振方向的状态之间切换。对于该结构来说，由于在客主偏振器34中没有吸收发生，图4所示实施例中反射率的提高被保持(大约85％)，如图6a中所见。在“显示器模式”中(图6b)该装置表现出的行为基本上类似于图5b中的装置。另外的标号具有同图3、4、5中的标号相同的含义。

在图7所示的实施例中，通过在色序或扫描背光30和液晶显示器装置5之间增加吸收偏振器52来防止显示器模式中对于“关”像素所观察到的最终大约35％的反射率(箭头45)。这在一方面改善了所有发明实施例的黑状态，从而提高了反射镜模式的对比度，因为此时的反射为零。尽管反射偏振器(线偏振反射镜)11此时可以被免去，但反射镜模式下的反射率也被降低到大约50％。

在不同的实施例中，用作反射偏振器的元件可能是胆甾醇型滤光片或双折射箔片，可以被直接贴在显示器外部，充当偏振器和反射器二合一。这意味着不必使用通常贴在LCD上的吸收偏振器。线栅偏振器是反射偏振器的另一个实例。这种偏振器包括带有细金属线的基底(玻璃或其它)。如果将线栅用作电极或者如果将电极结构沉积在线栅结构顶部，就可以用它来代替通常用于LCD的基底。

此外，如果使用偏振光背光，没有透过线偏振反射镜的光可以被反复使用，从而提高显示器的输出。背光可以和线偏振反射镜结合到一起用作显示器反射镜的基底。

所示结构并不局限于1/2λ延迟器和/或吸收偏振器和可切换客主单元。这些元件是基于LC效应的，在所示方案中，将扭转向列用作1/2λ延迟器，将非扭转向列用作客主单元。原则上，如果元件特性与显示器和反射镜需求相匹配，可以采用任何LC效应的组合(扭转向列、非扭转向列、平面或垂直排列、平面开关)。

本发明的保护范围并不局限于所描述的实施例。例如，由于反射镜2具有偏振效应，因此如果需要的话，可以删除图2中的第二偏振器(或检偏器)9。

尽管描述了背光透射液晶显示器装置，但并不排除反射液晶显示器装置的使用。

另一方面，如前所述，来自例如(O)LED的光可以是偏振的，甚至采用其它的显示器效应来获得所显示信息相对于反射镜应用中的反射像具有高对比度的效果也具有吸引力。

同样，如说明中所述，可以将一个以上的显示器集成到反射镜中，然而也可以考虑许多其它应用领域(后视镜、试衣间等等)。在某些应用中，如果采用矩阵式，利用合适的驱动电路，可以在局部实现反射镜状态和显示器状态之间的切换。

本发明在于每个和各个新颖的特性特征以及每个和各个特性特征的组合。权利要求中的标号并不限制其保护范围。动词“包括”及其各种变化形式的使用并不排除权利要求书中所记载的各个元件之外的其它元件的存在。元件前面的冠词“一个”的使用不排除这些元件的复数形式的存在。

Claims (5)

1.一种用于观察目的的偏振反射镜(1)，该反射镜具有将第一偏振类型(20’)的光反射到观察侧的第一平面(2)，该第一平面(2)使第二偏振类型(20”)的光透过，并且该偏振反射镜(1)在该第一平面(2)的非观察侧有一个显示器装置(5)，该显示器装置在使用过程中提供所述第二偏振类型的光，该偏振反射镜(1)在所述第一平面(2)的非观察侧具有在所述显示器装置(5)的电一光层(6)和色彩生成装置之间的另外一个偏振反射镜(11)，其中所述色彩生成装置包括滤色镜(13)，该滤色镜(13)位于该另外一个偏振反射镜(11)的非观察侧。

2.如权利要求1所述的偏振反射镜(1)，所述偏振反射镜(1)在该第一平面(2)的观察侧具有能够在两个光学状态之间切换的偏振装置(31)。

3.如权利要求2所述的偏振反射镜(1)，其中所述能够在两个光学状态之间切换的偏振装置在所述偏振装置的观察侧包括处于两个基底之间包含染料的液晶层。

4.如权利要求2所述的偏振反射镜(1)，其中能够在两个光学状态之间切换的偏振装置在所述偏振装置的观察侧包括1/2λ延迟器(32)和偏振器(33)。

5.如权利要求1所述的偏振反射镜(1)，所述偏振反射镜(1)在所述显示器装置(5)和所述另外一个偏振反射镜(11)之间具有另一个能够在两个光学状态之间切换的偏振装置。

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